microwatt.git
5 years agocountzero: Add a testbench
Paul Mackerras [Thu, 10 Oct 2019 04:09:41 +0000 (15:09 +1100)]
countzero: Add a testbench

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agocountzero: Reorganize to have fewer levels of logic and fewer LUTs
Paul Mackerras [Fri, 11 Oct 2019 05:06:01 +0000 (16:06 +1100)]
countzero: Reorganize to have fewer levels of logic and fewer LUTs

By using 4:1 multiplexers rather than 2:1, this cuts the number of
levels of multiplexing from 4 to 2 and also reduces the total number
of slice LUTs required.  Because we are now handling 4 bits at each
level, including the bottom level, the logic to do the priority
encoding can be factored out into a function that is used at each
level.

This rearranges the logic so that the encoding and selection of bits
is done whether or not the input operand is zero, and the if statement
testing whether the input is zero only affects what is assigned to
result.  With this we don't get the inferred latches and we can go
back to using signals rather than variables.

Also add some comments about what is being done.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoMerge pull request #98 from antonblanchard/fix-mod
Anton Blanchard [Sun, 13 Oct 2019 11:10:18 +0000 (22:10 +1100)]
Merge pull request #98 from antonblanchard/fix-mod

mod* doesn't have an RC form

5 years agomod* doesn't have an RC form
Anton Blanchard [Sun, 13 Oct 2019 10:42:27 +0000 (21:42 +1100)]
mod* doesn't have an RC form

The RC bit should be ignored for mod* instructions.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoMerge pull request #96 from antonblanchard/clk_gen_bypass-fix
Anton Blanchard [Sun, 13 Oct 2019 04:36:37 +0000 (15:36 +1100)]
Merge pull request #96 from antonblanchard/clk_gen_bypass-fix

Fix clk_gen_bypass

5 years agoFix clk_gen_bypass
Anton Blanchard [Sun, 13 Oct 2019 03:41:53 +0000 (14:41 +1100)]
Fix clk_gen_bypass

clk_gen_bypass needed updating after the addition of CLK_INPUT_HZ and
CLK_OUTPUT_HZ.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoMerge pull request #94 from antonblanchard/icbi-nop
Anton Blanchard [Sun, 13 Oct 2019 02:30:52 +0000 (13:30 +1100)]
Merge pull request #94 from antonblanchard/icbi-nop

decode: Handle icbi

5 years agoMerge pull request #93 from antonblanchard/fifo-fix
Anton Blanchard [Sun, 13 Oct 2019 02:11:46 +0000 (13:11 +1100)]
Merge pull request #93 from antonblanchard/fifo-fix

Remove shared variable from fifo, and reformat

5 years agodecode: Handle icbi
Anton Blanchard [Sun, 13 Oct 2019 01:59:14 +0000 (12:59 +1100)]
decode: Handle icbi

We will need a proper handler for icbi, but in the meantime treat it
as a nop.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agofifo: Reformat
Anton Blanchard [Sun, 13 Oct 2019 01:57:23 +0000 (12:57 +1100)]
fifo: Reformat

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agofifo: Remove shared variable
Anton Blanchard [Sun, 13 Oct 2019 01:52:39 +0000 (12:52 +1100)]
fifo: Remove shared variable

The shared variable used for FIFO memory is not VHDL 2008 compliant.
I can't see why it needs to be a shared variable since reads and writes
update top and bottom synchronously, meaning they don't need same cycle
access to the FIFO memory.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoMerge pull request #92 from paulusmack/divider
Anton Blanchard [Sat, 12 Oct 2019 11:23:10 +0000 (22:23 +1100)]
Merge pull request #92 from paulusmack/divider

Divider

5 years agoMerge pull request #91 from tgingold/gpr-file-fix
Anton Blanchard [Sat, 12 Oct 2019 11:18:37 +0000 (22:18 +1100)]
Merge pull request #91 from tgingold/gpr-file-fix

Fix register file size (there are 32 gprs).

5 years agodivider: Return 0 for invalid and overflow cases, like P9 does
Paul Mackerras [Fri, 11 Oct 2019 04:16:47 +0000 (15:16 +1100)]
divider: Return 0 for invalid and overflow cases, like P9 does

This adds logic to detect the cases where the quotient of the
division overflows the range of the output representation, and
return all zeroes in those cases, which is what POWER9 does.
To do this, we extend the dividend register by 1 bit and we do
an extra step in the division process to get a 2^64 bit of the
quotient, which ends up in the 'overflow' signal.  This catches all
the cases where dividend >= 2^64 * divisor, including the case
where divisor = 0, and the divde/divdeu cases where |RA| >= |RB|.

Then, in the output stage, we also check that the result fits in
the representable range, which depends on whether the division is
a signed division or not, and whether it is a 32-bit or 64-bit
division.  If dividend >= 2^64 or the result doesn't fit in the
representable range, write_data is set to 0 and write_cr_data to
0x20000000 (i.e. cr0.eq = 1).

POWER9 sets the top 32 bits of the result to zero for 32-bit signed
divisions, and sets CR0 when RC=1 according to the 64-bit value
(i.e. CR0.LT is always 0 for 32-bit signed divisions, even if the
32-bit result is negative).  However, modsw with a negative result
sets the top 32 bits to all 1s.  We follow suit.

This updates divider_tb to check the invalid cases as well as the
valid case.

This also fixes a small bug where the reset signal for the divider
was driven from rst when it should have been driven from core_rst.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodecode2: Fix 32-bit flag passed to divider
Paul Mackerras [Sat, 12 Oct 2019 05:15:20 +0000 (16:15 +1100)]
decode2: Fix 32-bit flag passed to divider

Previously the 32-bit flag passed to the divider was always wrong;
this fixes it.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoFix register file size (there are 32 gprs).
Tristan Gingold [Sat, 12 Oct 2019 04:56:32 +0000 (06:56 +0200)]
Fix register file size (there are 32 gprs).

5 years agoMerge pull request #84 from classilla/master
Anton Blanchard [Fri, 11 Oct 2019 05:47:37 +0000 (16:47 +1100)]
Merge pull request #84 from classilla/master

Add logo

5 years agoMerge pull request #89 from mikey/gitignore
Anton Blanchard [Fri, 11 Oct 2019 05:46:03 +0000 (16:46 +1100)]
Merge pull request #89 from mikey/gitignore

Update gitignore for new test bench build files

5 years agoMerge pull request #90 from antonblanchard/newcrf-inferred-latch
Anton Blanchard [Fri, 11 Oct 2019 05:45:45 +0000 (16:45 +1100)]
Merge pull request #90 from antonblanchard/newcrf-inferred-latch

Don't infer latch for newcrf

5 years agoDon't infer latch for newcrf
Anton Blanchard [Fri, 11 Oct 2019 05:31:14 +0000 (16:31 +1100)]
Don't infer latch for newcrf

Always initialize newcrf to avoid inferring a latch.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoUpdate gitignore for new test bench build files
Michael Neuling [Fri, 11 Oct 2019 05:02:04 +0000 (16:02 +1100)]
Update gitignore for new test bench build files

Just ignore all *_tb files

Signed-off-by: Michael Neuling <mikey@neuling.org>
5 years agoMerge pull request #87 from antonblanchard/cmod-a7-freq
Anton Blanchard [Thu, 10 Oct 2019 10:29:06 +0000 (21:29 +1100)]
Merge pull request #87 from antonblanchard/cmod-a7-freq

Fix cmod-a7 frequency

5 years agoFix cmod-a7 frequency
Anton Blanchard [Thu, 10 Oct 2019 09:59:49 +0000 (20:59 +1100)]
Fix cmod-a7 frequency

The cmod-a7 is ignoring the clk_frequency parameter and running at
100 MHz. Fix it.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoMerge pull request #86 from antonblanchard/outstanding-range
Anton Blanchard [Thu, 10 Oct 2019 09:32:47 +0000 (20:32 +1100)]
Merge pull request #86 from antonblanchard/outstanding-range

Limit outstanding range

5 years agoMerge pull request #85 from antonblanchard/leadingzeroes-fix
Anton Blanchard [Thu, 10 Oct 2019 06:56:55 +0000 (17:56 +1100)]
Merge pull request #85 from antonblanchard/leadingzeroes-fix

Fix count-leading/trailing-zeroes

5 years agoMerge pull request #79 from deece/uart_address
Anton Blanchard [Thu, 10 Oct 2019 06:47:15 +0000 (17:47 +1100)]
Merge pull request #79 from deece/uart_address

Tighten UART address

5 years agoLimit outstanding range
Anton Blanchard [Thu, 10 Oct 2019 06:14:55 +0000 (17:14 +1100)]
Limit outstanding range

outstanding can only ever be -1 to 2 at the moment (0 or 1 on a
rising clock edge). Vivado is synthesizing a much wider adder
which is silly. Constrain it with a range statement. This should
be good for timing and saves us about 85 LUTs.

This will get relaxed when we add more pipelining, but only by a
few bits.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoFix count-leading/trailing-zeroes
Anton Blanchard [Thu, 10 Oct 2019 03:36:23 +0000 (14:36 +1100)]
Fix count-leading/trailing-zeroes

The current code simulates correctly, but produces miscompares when synthesized
onto an FPGA. On closer inspection GHDL synthesis complains about inferred
latches and there does seem to be issues.

Convert it to variables that are always initialized to zero at the start of the
process.

Fixes: 24a4a796ce1e ("execute: Consolidate count-leading/trailing-zeroes implementations")
Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoAdd logo to README.md
Cameron Kaiser [Wed, 9 Oct 2019 04:00:00 +0000 (21:00 -0700)]
Add logo to README.md

Signed-off-by: Cameron Kaiser <classilla@floodgap.com>
5 years agoAdd title image
Cameron Kaiser [Wed, 9 Oct 2019 03:57:20 +0000 (20:57 -0700)]
Add title image

Signed-off-by: Cameron Kaiser <classilla@floodgap.com>
5 years agoMerge pull request #83 from paulusmack/logical
Anton Blanchard [Wed, 9 Oct 2019 01:33:17 +0000 (12:33 +1100)]
Merge pull request #83 from paulusmack/logical

execute: Consolidate count-leading/trailing-zeroes implementations

5 years agoMerge pull request #81 from antonblanchard/logical
Anton Blanchard [Wed, 9 Oct 2019 00:49:24 +0000 (11:49 +1100)]
Merge pull request #81 from antonblanchard/logical

Consolidate logical instructions

5 years agoMerge pull request #82 from antonblanchard/icache-set-assoc
Anton Blanchard [Wed, 9 Oct 2019 00:47:30 +0000 (11:47 +1100)]
Merge pull request #82 from antonblanchard/icache-set-assoc

A new set associative icache from Ben

5 years agoexecute: Consolidate count-leading/trailing-zeroes implementations
Paul Mackerras [Tue, 8 Oct 2019 21:55:43 +0000 (08:55 +1100)]
execute: Consolidate count-leading/trailing-zeroes implementations

This adds combinatorial logic that does 32-bit and 64-bit count
leading and trailing zeroes in one unit, and consolidates the
four instructions under a single OP_CNTZ opcode.

This saves 84 slice LUTs on the Arty A7-100.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoConsolidate logical instructions
Anton Blanchard [Tue, 8 Oct 2019 07:46:01 +0000 (18:46 +1100)]
Consolidate logical instructions

Consolidate and/andc/nand, or/orc/nor and xor/eqv, using a common
invert on the input and output. This saves us about 200 LUTs.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoTighten UART address
Alastair D'Silva [Thu, 3 Oct 2019 00:16:53 +0000 (10:16 +1000)]
Tighten UART address

The current scheme has UART0 repeating throughout the UART address range.

This patch tightens the address checking so that it only occurs once.

Signed-off-by: Alastair D'Silva <alastair@d-silva.org>
5 years agoicache: Set associative icache
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 2 Oct 2019 12:17:31 +0000 (22:17 +1000)]
icache: Set associative icache

This adds support for set associativity to the icache. It can still
be direct mapped by setting NUM_WAYS to 1.

The replacement policy uses a simple tree-PLRU for each set.

This is only lightly tested, tests pass but I have to double check
that we are using the ways effectively and not creating duplicates.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoplru: Add a simple PLRU module
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 2 Oct 2019 09:06:53 +0000 (19:06 +1000)]
plru: Add a simple PLRU module

Tested in sim only for now

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agofetch2: Remove blank line
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 2 Oct 2019 06:17:42 +0000 (16:17 +1000)]
fetch2: Remove blank line

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoicache: Use narrower block RAMs
Benjamin Herrenschmidt [Mon, 30 Sep 2019 08:17:10 +0000 (18:17 +1000)]
icache: Use narrower block RAMs

We only ever access the cache memory for at most the wishbone bus
width at a time. So having the BRAMs organized as a cache-line-wide
port is a waste of resources.

Instead, use a wishbone-wide memory and store a line as consecutive
rows in the BRAM.

This significantly improves BRAM usage in the FPGA as we can now use
more rows in the BRAM blocks. It also saves a few LUTs and muxes.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agofetch/icache: Fit icache in BRAM
Benjamin Herrenschmidt [Fri, 27 Sep 2019 03:23:56 +0000 (13:23 +1000)]
fetch/icache: Fit icache in BRAM

The goal is to have the icache fit in BRAM by latching the output
into a register. In order to avoid timing issues , we need to give
the BRAM a full cycle on reads, and thus we souce the BRAM address
directly from fetch1 latched NIA.

(Note: This will be problematic if/when we want to hash the address,
we'll probably be better off having fetch1 latch a fully hashed address
along with the normal one, so the icache can use the former to address
the BRAM and pass the latter along)

One difficulty is that we cannot really stall the icache without adding
more combo logic that would break the "one full cycle" BRAM model. This
means that on stalls from decode, by the time we stall fetch1, it has
already gone to the next address, which the icache is already latching.

We work around this by having a "stash" buffer in fetch2 that will stash
away the icache output on a stall, and override the output of the icache
with the content of the stash buffer when unstalling.

This requires a rewrite of the stop/step debug logic as well. We now
do most of the hard work in fetch1 which makes more sense.

Note: Vivado is still not inferring an built-in output register for the
BRAMs. I don't want to add another cycle... I don't fully understand why
it wouldn't be able to treat current_row as such but clearly it won't. At
least the timing seems good enough now for 100Mhz, possibly more.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agofetch1: Simplify a bit
Benjamin Herrenschmidt [Tue, 1 Oct 2019 04:24:07 +0000 (14:24 +1000)]
fetch1: Simplify a bit

There is no need to have two different state records

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoicache: Reformat icache
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 25 Sep 2019 06:50:24 +0000 (16:50 +1000)]
icache: Reformat icache

No code change

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoMerge pull request #78 from paulusmack/new-decode
Anton Blanchard [Mon, 7 Oct 2019 23:20:22 +0000 (10:20 +1100)]
Merge pull request #78 from paulusmack/new-decode

New decode

5 years agoAdd a rotate/mask/shift unit and use it in execute1
Paul Mackerras [Mon, 7 Oct 2019 07:26:11 +0000 (18:26 +1100)]
Add a rotate/mask/shift unit and use it in execute1

This adds a new entity 'rotator' which contains combinatorial logic
for rotating and masking 64-bit values.  It implements the operations
of the rlwinm, rlwnm, rlwimi, rldicl, rldicr, rldic, rldimi, rldcl,
rldcr, sld, slw, srd, srw, srad, sradi, sraw and srawi instructions.
It consists of a 3-stage 64-bit rotator using 4:1 multiplexors at
each stage, two mask generators, output logic and control logic.

The insn_type_t values used for these instructions have been reduced
to just 5: OP_RLC, OP_RLCL and OP_RLCR for the rotate and mask
instructions (clear both left and right, clear left, clear right
variants), OP_SHL for left shifts, and OP_SHR for right shifts.
The control signals for the rotator are derived from the opcode
and from the is_32bit and is_signed fields of the decode_rom_t.

The rotator is instantiated as an entity in execute1 so that we can
be sure we only have one of it.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoGeneralize the mul_32bit and mul_signed fields of decode_rom_t
Paul Mackerras [Sun, 6 Oct 2019 04:21:27 +0000 (15:21 +1100)]
Generalize the mul_32bit and mul_signed fields of decode_rom_t

This changes the names of the mul_32bit and mul_signed fields of
decode_rom_t to is_32bit and is_signed, so they can be used with
other types of operations besides multiplies.

This plumbs the is_32bit and is_signed flags down into execute1,
though they are not used at this point.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodecode: Avoid multiplexing from instruction reg fields to regfile address ports
Paul Mackerras [Fri, 4 Oct 2019 09:26:37 +0000 (19:26 +1000)]
decode: Avoid multiplexing from instruction reg fields to regfile address ports

This aims to simplify the logic between the instruction image and
the register file read address ports and reduce the size of the decode
tables.  With this patch, the input_reg_a column of the decode tables
can only select RA or zeroes, the input_reg_b column can only select
RB or a constant (0, -1, or an immediate value from the instruction),
and the input_reg_c columns can only select RS or zeroes.

That means that the rotate/shift/logical ops now have their first
input coming in via the input_reg_c column.  That means we need to
add a read_data3 field to the Decode2ToExecuteType record, but that
will go away again when we split out the rotate/mask/logical ops to
their own unit.

As a related but not tightly connected change, this patch also sets
the read1_enable signal to the register file be 0 when RA=0 and the
input_reg_a for the instruction is RA_OR_ZERO (previously it was 1).

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoConsolidate add/subtract instructions into a single op
Paul Mackerras [Fri, 4 Oct 2019 06:11:21 +0000 (16:11 +1000)]
Consolidate add/subtract instructions into a single op

All of the PPC add and subtract instructions, including carrying
and extended versions, do much the same arithmetic operation:

result = (I xor A) + B + C

where A is the value from RA, I provides a logical inversion of A
(i.e. I is 0 or -1), B is either from RB or is a constant 0 or -1,
and C is 0, 1 or the carry bit from XER (CA).

To consolidate all the add/subtract instructions into a single
OP_ADD, we add a column to decode_rom_t to indicate when A should
be inverted, and change the input_carry field to a 3-state selector
to select C in the equation above.

This also adds a new "CONST_M1" value for input_reg_b_t to indicate
that B is a constant -1.  This allows us to implement addme and
subfme.

The addex instruction appears not to exist, so the comments referring
to it are removed.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoMerge pull request #80 from antonblanchard/misc
Anton Blanchard [Fri, 4 Oct 2019 00:32:13 +0000 (10:32 +1000)]
Merge pull request #80 from antonblanchard/misc

Reduce register file footprint

5 years agodecode: Make all update-form indexed loads and stores use RA_OR_ZERO
Paul Mackerras [Thu, 3 Oct 2019 22:25:53 +0000 (08:25 +1000)]
decode: Make all update-form indexed loads and stores use RA_OR_ZERO

Experimentation on POWER9 indicates that the invalid form of lbzux
with RA=0 uses just RB as the address, not R0 + RB.  Extrapolating
this to all update-form loads and stores with RA=0, change all the
update-form loads and stores to use RA_OR_ZERO rather than RA.

This then means that all decode ROM entries with insn_type = LDST
have input_reg_a = RA_OR_ZERO.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoregister_file: Move GPRs into distributed RAM
Benjamin Herrenschmidt [Thu, 3 Oct 2019 02:38:49 +0000 (12:38 +1000)]
register_file: Move GPRs into distributed RAM

The register file is currently implemented as a whole pile of individual
1-bit registers instead of LUT memory which is a huge waste of FPGA
space.

This is caused by the output signal exposing the register file to the
outside world for simulation debug.

This removes that output, and moves the dumping of the register file
to the register file module itself. This saves about 8% of fpga on
the little Arty A7-35T.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agodecode: Remove const fields from decode_rom_t
Paul Mackerras [Wed, 2 Oct 2019 12:21:09 +0000 (22:21 +1000)]
decode: Remove const fields from decode_rom_t

The const* fields of decode_rom_t drove multiplexers in decode2 that
picked out various instruction fields and put them into the const*
fields of the Decode2ToExecute1Type record, from where they were
used in execute1.  However, the code in execute1 can just as easily
use the appropriate fields of the original instruction word, since
that is now available in execute1.  This therefore changes the
code to do that, resulting in smaller decode tables.

Suggested-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodebug/sim: Make connect/disconnect messages quieter
Benjamin Herrenschmidt [Tue, 1 Oct 2019 23:58:44 +0000 (09:58 +1000)]
debug/sim: Make connect/disconnect messages quieter

Those don't need to go to stderr, send them to stdout instead

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agodecode: Fix larx/stcx instructions to use RA_OR_ZERO not RA
Paul Mackerras [Tue, 1 Oct 2019 05:49:07 +0000 (15:49 +1000)]
decode: Fix larx/stcx instructions to use RA_OR_ZERO not RA

The l?arx and st?cx. instructions are defined to use the normal indexed
mode address calculations, i.e. (RA|0) + RB.  Fix their entries in the
decode table to say RA_OR_ZERO rather than RA.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodecode: Index minor op table with insn bits for opcode 31
Paul Mackerras [Mon, 30 Sep 2019 05:03:06 +0000 (15:03 +1000)]
decode: Index minor op table with insn bits for opcode 31

This changes decode_op_31_array from being indexed by a ppc_insn_t
(which is derived from the instruction word by a whole series of
if/elsif statements) to being indexed directly by bits 10...1 of
the instruction word.  With this we no longer need ppc_insn.

This then means that the decode1 stage doesn't distinguish between
mfcr and mfocrf, or between mtcrf and mtocrf, since those are
distinguished by the value in bit 20 of the instruction.  To
accommodate that, execute1 changes so that the one op value (OP_MFCR)
does either the mfcr or the mfocrf behaviour depending on bit 20
of the instruction word; and similarly for mtcrf/mtocrf.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodecode: Index minor op table with insn bits for opcode 30
Paul Mackerras [Sun, 29 Sep 2019 06:41:52 +0000 (16:41 +1000)]
decode: Index minor op table with insn bits for opcode 30

This comprises the 64-bit rotate and mask instructions.  In order to
reduce the table index to 3 bits, we combine rldcl and rdlcr into a
single op (OP_RLDCX), and choose the right mask at execute time based
on bit 1 of the instruction word.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodecode: Index minor op table with insn bits for opcode 19
Paul Mackerras [Sun, 29 Sep 2019 06:26:07 +0000 (16:26 +1000)]
decode: Index minor op table with insn bits for opcode 19

This changes the decoding of major opcode 19 from using the ppc_insn_t
index to using bits of the instruction word directly.  Opcode 19 has
a 10-bit minor opcode field (bits 10..1) but the space is sparsely
filled.  Therefore we index a table of single-bit entries with the
10-bit minor opcode to filter out the illegal minor opcodes, and
index a table using just 3 bits -- 5, 3 and 2 -- of the instruction
to get the decode entry.  This groups together all the instructions
in 4 columns of the opcode map as a single entry.  That means that
mcrf and all the CR logical ops get grouped together, and bcctr, bclr
and bctar get grouped together.  At present the CR logical ops are not
implemented, so their grouping has no impact.

The code for bclr and bcctr in execute1 is now common, using a single
op, and it now determines the branch address by looking at bit 10 of
the instruction word at execute time.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodecode: Start moving towards decoding by major opcode first
Paul Mackerras [Sat, 28 Sep 2019 23:17:39 +0000 (09:17 +1000)]
decode: Start moving towards decoding by major opcode first

With this, we have a table for most major opcodes and separate
tables for each major opcode that has further decoding required.
These tables are still mostly indexed by the ppc_insn_t values,
however.

A few things are still decoded completely at the top level: nop,
attn and sim_config.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodecode: Push mtspr/mfspr register decoding down into execute1
Paul Mackerras [Sat, 28 Sep 2019 04:43:46 +0000 (14:43 +1000)]
decode: Push mtspr/mfspr register decoding down into execute1

Instead of doing mfctr, mflr, mftb, mtctr, mtlr as separate ops,
just pass down mfspr and mtspr ops with the spr number and let
execute1 decode which SPR we're addressing.  This will help reduce
the number of instruction bits decode1 needs to look at.

In fact we now pass down the whole instruction from decode2 to
execute1.  We will need more bits of the instruction in future,
and the tools should just optimize away any that we don't end
up using.  Since the 'aa' bit was just a copy of an instruction
bit, we can now remove it from the record.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoAdd MCRF instruction
Benjamin Herrenschmidt [Tue, 24 Sep 2019 14:09:35 +0000 (00:09 +1000)]
Add MCRF instruction

Hopefully it's not too timing catastrophic. The variable newcrf will
be handy for the other CR ops when we implement them I suspect.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoImplement absolute branches
Benjamin Herrenschmidt [Tue, 24 Sep 2019 05:47:25 +0000 (15:47 +1000)]
Implement absolute branches

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoMerge pull request #77 from antonblanchard/timing
Anton Blanchard [Mon, 30 Sep 2019 08:21:54 +0000 (18:21 +1000)]
Merge pull request #77 from antonblanchard/timing

A number of timing fixes

5 years agoMerge pull request #76 from antonblanchard/misc
Anton Blanchard [Mon, 30 Sep 2019 08:00:41 +0000 (18:00 +1000)]
Merge pull request #76 from antonblanchard/misc

Some misc updates

5 years agoImprove PLL/MMCM clocks configuration
Benjamin Herrenschmidt [Tue, 24 Sep 2019 04:57:34 +0000 (14:57 +1000)]
Improve PLL/MMCM clocks configuration

We can now pass both the input clock and target clock frequency
via generics. Add support for both 50Mhz and 100Mhz target freqs
for both cases.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoDon't reset JTAG request register asynchronously
Benjamin Herrenschmidt [Thu, 26 Sep 2019 01:09:46 +0000 (11:09 +1000)]
Don't reset JTAG request register asynchronously

There's no point and it causes Vivado to spew a pile of warnings

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoMultiply needs to be 16 stages to fix all timing issues
Benjamin Herrenschmidt [Thu, 26 Sep 2019 00:53:55 +0000 (10:53 +1000)]
Multiply needs to be 16 stages to fix all timing issues

This seems dependent on the FPGA type/size, so we should probably
make it a toplevel generic, but for now this helps on the
Arty A7-35

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoloadstore2: Do data formatting after a register stage
Paul Mackerras [Wed, 25 Sep 2019 10:27:08 +0000 (20:27 +1000)]
loadstore2: Do data formatting after a register stage

This moves the data formatting for read data to after a register,
instead of before, in order to improve timing.  The data formatting
is now effectively combinational logic on the input side of the
writeback stage.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agocorefile: Remove duplicate wishbone_debug_master
Benjamin Herrenschmidt [Mon, 30 Sep 2019 03:54:04 +0000 (13:54 +1000)]
corefile: Remove duplicate wishbone_debug_master

It's both in core and soc, it should only be in the latter

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agofpga: Arty A7's don't need multiple filesets
Benjamin Herrenschmidt [Mon, 30 Sep 2019 02:56:09 +0000 (12:56 +1000)]
fpga: Arty A7's don't need multiple filesets

the XDC is identical between variants, so is the fileset

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoexecute1: simplify flush_out
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 25 Sep 2019 06:42:44 +0000 (16:42 +1000)]
execute1: simplify flush_out

It's always set when f_out.redirect is set, so may as well set it once
at the end. It's all combo from the register.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoReformat fetch2
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 25 Sep 2019 01:28:20 +0000 (11:28 +1000)]
Reformat fetch2

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoMove fetch2 <-> icache definitions
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 25 Sep 2019 01:26:36 +0000 (11:26 +1000)]
Move fetch2 <-> icache definitions

To a more logical place before decode related ones

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoRemove unused pipe_stop in Fetch1ToFetch2Type
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 25 Sep 2019 02:48:15 +0000 (12:48 +1000)]
Remove unused pipe_stop in Fetch1ToFetch2Type

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoFix PLL reset signal name in toplevel
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 11 Sep 2019 11:18:22 +0000 (12:18 +0100)]
Fix PLL reset signal name in toplevel

It shouldn't have a _n suffix, it's active positive.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoSimplify fetch1
Benjamin Herrenschmidt [Tue, 24 Sep 2019 02:17:42 +0000 (12:17 +1000)]
Simplify fetch1

Do the +4 in a single place. This shouldn't cause any difference
in behaviour as these are sequential variable assignments.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoReformat fetch1
Benjamin Herrenschmidt [Tue, 24 Sep 2019 02:11:24 +0000 (12:11 +1000)]
Reformat fetch1

No code change

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoUpdate dependency
Benjamin Herrenschmidt [Wed, 25 Sep 2019 06:54:25 +0000 (16:54 +1000)]
Update dependency

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoMerge pull request #75 from paulusmack/master
Anton Blanchard [Sat, 28 Sep 2019 04:32:31 +0000 (14:32 +1000)]
Merge pull request #75 from paulusmack/master

fpga: Add definitions for Arty A7-100 board

5 years agoMerge pull request #74 from paulusmack/divider
Anton Blanchard [Sat, 28 Sep 2019 04:32:14 +0000 (14:32 +1000)]
Merge pull request #74 from paulusmack/divider

Divider

5 years agofpga: Add definitions for Arty A7-100 board
Paul Mackerras [Fri, 27 Sep 2019 23:08:13 +0000 (09:08 +1000)]
fpga: Add definitions for Arty A7-100 board

These are a copy of the A7-35 definitions with 35 changed to 100.
The A7-100 uses the same .xdc file (arty_a7-35.xdc) as the A7-35
since the only difference between the two is the FPGA part; the
hardware and connections on the two boards are identical.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodivider: Do absolute-value ops in divider instead of decode
Paul Mackerras [Fri, 27 Sep 2019 22:55:08 +0000 (08:55 +1000)]
divider: Do absolute-value ops in divider instead of decode

This moves the negation of negative operands for signed divide and
modulus operations out of the decode2 stage and into the divider.
If either of the operands for a signed divide or modulus operation
is negative, the divider now takes an extra cycle to negate the
operands that are negative.

The interface to the divider now has an 'is_signed' signal rather
than a 'neg_result' signal, and the dividend and divisor can be
negative, so divider_tb had to be updated for the new interface.

The reason for doing this is that one of the worst timing violations
on the Arty A7-100 at 100MHz involved the carry chain in the adders
that did the negation of the dividend and divisor in the decode stage.
Moving the negations to a separate cycle fixes that and also seems to
reduce the total number of slice LUTs used.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agodivider: Always compute result/sresult/d_out.write_reg_data
Paul Mackerras [Wed, 25 Sep 2019 10:03:46 +0000 (20:03 +1000)]
divider: Always compute result/sresult/d_out.write_reg_data

These are intended to be combinatorial.  The previous code was giving
warnings in vivado about registers/latches with no clock defined.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoMerge pull request #73 from antonblanchard/remove-divide-patch
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 23:13:18 +0000 (09:13 +1000)]
Merge pull request #73 from antonblanchard/remove-divide-patch

Remove gcc software divide patch

5 years agoRemove gcc software divide patch
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 22:03:10 +0000 (08:03 +1000)]
Remove gcc software divide patch

We have a divider, thanks to Paul.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoMerge pull request #72 from antonblanchard/build-error
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 10:54:28 +0000 (20:54 +1000)]
Merge pull request #72 from antonblanchard/build-error

Fix build issue in dmi_dtm_dummy.vhdl

5 years agoMerge pull request #71 from antonblanchard/dependencies
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 10:34:52 +0000 (20:34 +1000)]
Merge pull request #71 from antonblanchard/dependencies

Update Makefile dependencies

5 years agoFix build issue in dmi_dtm_dummy.vhdl
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 10:27:34 +0000 (20:27 +1000)]
Fix build issue in dmi_dtm_dummy.vhdl

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoUpdate Makefile dependencies
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 07:50:17 +0000 (17:50 +1000)]
Update Makefile dependencies

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoMerge branch 'divider' of https://github.com/paulusmack/microwatt
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 07:33:21 +0000 (17:33 +1000)]
Merge branch 'divider' of https://github.com/paulusmack/microwatt

5 years agoMerge pull request #70 from antonblanchard/badly-named-carry
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 07:25:44 +0000 (17:25 +1000)]
Merge pull request #70 from antonblanchard/badly-named-carry

Rename OP_SUBFC -> OP_SUBFE, OP_ADDC -> OP_ADDE

5 years agoRename OP_SUBFC -> OP_SUBFE, OP_ADDC -> OP_ADDE
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 06:55:09 +0000 (16:55 +1000)]
Rename OP_SUBFC -> OP_SUBFE, OP_ADDC -> OP_ADDE

These were somewhat badly named.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoMerge pull request #69 from antonblanchard/debug-module
Anton Blanchard [Tue, 24 Sep 2019 06:51:03 +0000 (16:51 +1000)]
Merge pull request #69 from antonblanchard/debug-module

Merge debug module patches

5 years agoTerminate test on illegal instruction
Anton Blanchard [Mon, 23 Sep 2019 11:22:18 +0000 (21:22 +1000)]
Terminate test on illegal instruction

This gets the CI going again, but we will want to fix the test
harness since it's useful to be able to debug the core after it
executes an illegal instruction.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoFix ghdl error
Anton Blanchard [Mon, 23 Sep 2019 11:20:12 +0000 (21:20 +1000)]
Fix ghdl error

I'm seeing an issue on my version of ghdl:

  core.vhdl:137:24:error: actual expression must be globally static

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoAdd core_debug.vhdl to fusesoc configs
Anton Blanchard [Mon, 23 Sep 2019 10:49:21 +0000 (20:49 +1000)]
Add core_debug.vhdl to fusesoc configs

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>
5 years agoSpeed up the divider a little
Paul Mackerras [Mon, 23 Sep 2019 04:39:50 +0000 (14:39 +1000)]
Speed up the divider a little

This looks for cases where the next 8 bits of the quotient are obviously
going to be zero, because the top 72 bits of the 128-bit dividend
register are all zero.  In those cases we shift 8 zero bits into the
quotient and increase count by 8.  We only do this if count < 56.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoAdd a divider unit and a testbench for it
Paul Mackerras [Sun, 22 Sep 2019 07:24:14 +0000 (17:24 +1000)]
Add a divider unit and a testbench for it

This adds a divider unit, connected to the core in much the same way
that the multiplier unit is connected.  The division algorithm is
very simple-minded, taking 64 clock cycles for any division (even
32-bit division instructions).

The decoding is simplified by making use of regularities in the
instruction encoding for div* and mod* instructions.  Instead of
having PPC_* encodings from the first-stage decoder for each of the
different div* and mod* instructions, we now just have PPC_DIV and
PPC_MOD, and the inputs to the divider that indicate what sort of
division operation to do are derived from instruction word bits.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>
5 years agoAdd distclean to Makefile
Benjamin Herrenschmidt [Fri, 20 Sep 2019 06:45:26 +0000 (16:45 +1000)]
Add distclean to Makefile

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoNew C based JTAG debug tool
Benjamin Herrenschmidt [Mon, 16 Sep 2019 15:29:08 +0000 (16:29 +0100)]
New C based JTAG debug tool

This works with both the sim socket and urjtag, and supports the
new core functions, loading a file in memory etc...

The code still needs a lot of cleanup and a help!

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
5 years agoAdd core debug module
Benjamin Herrenschmidt [Tue, 10 Sep 2019 16:43:52 +0000 (17:43 +0100)]
Add core debug module

This module adds some simple core controls:

  reset, stop, start, step

along with icache clear and reading the NIA and core
status bits

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org